(57)【要約】  粒子を捕捉しつつ、捕捉された当該粒子が吸引力によって大きく変形することを防止するための構造を備えた粒子補足用チップを提供する。  これに対し、本技術では、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップを提供する。
2018154886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップ。
【請求項２】
前記第２の凹部に収容された施栓部材を備える、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
【請求項３】
前記施栓部材がビーズである、請求項２に記載の粒子捕捉用チップ。
【請求項４】
前記施栓部材の表面に被検物質と結合する結合物質が固定化されている、請求項２に記載の粒子捕捉用チップ。
【請求項５】
前記連結部が弾性部材で形成されている、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
【請求項６】
前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の下方に設けられている、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
【請求項７】
前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の側方に設けられている、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
【請求項８】
前記第１の流路の下面が山部と谷部とを備える波形構造を有し、前記山部の頂部に前記第１の凹部を備える、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
【請求項９】
第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップと、
送液部と、を備える粒子捕捉用装置。
【請求項１０】
廃液部を備える、請求項９に記載の粒子捕捉用装置。
【請求項１１】
前記第１の凹部を観察する観察部を備える、請求項９に記載の粒子捕捉用装置。
【請求項１２】
前記送液部を制御する送液制御部を備える、請求項９に記載の粒子捕捉用装置。
【請求項１３】
第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
【請求項１４】
前記送液を逆流させることを含む、請求項１３に記載の粒子捕捉方法。
【請求項１５】
第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
前記第２の凹部に収容された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
【請求項１６】
前記送液を逆流させることを含む、請求項１５に記載の粒子捕捉方法。
【請求項１７】
第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
【請求項１８】
キャピラリーを用いて、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す、請求項１７に記載の被検物質の取得方法。
【請求項１９】
前記吸引と逆方向の液流を発生させて、前記施栓部材を前記第２の凹部から前記第１の流路に流出させ、前記第１の流路から施栓部材含有液を回収し、前記施栓部材含有液から前記施栓部材を取り出す、請求項１７に記載の被検物質の取得方法。
【請求項２０】
第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
前記第２の凹部に収容され、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、粒子捕捉用チップ、粒子捕捉用装置及び粒子捕捉方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フローサイトメトリー等に代表される、細胞を捕捉する技術が開発されている。細胞は、捕捉された後、解析や培養に供される。【０００３】
細胞を捕捉する方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が開発されている。特許文献１には、細胞含有サンプルが流れる流路に、細胞が入る大きさのウエルが刻まれており、当該ウエルにスリットを設けることで細胞が吸引される構造が開示されている（図２３、図２５等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／００７８１６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の流路構造では、スリットを介した吸引力によって捕獲された細胞が大きく変形し、これにより細胞が多大なストレスを受けたり細胞がスリット内に引き込まれたりして、ウエル内で細胞を適切に維持することが困難な場合があった。一方、吸引力を弱めると、細胞がウエルの配置された壁面まで到達しなかったり、壁面まで到達してもウエル内部にまで細胞を吸引できない場合があった。【０００６】
そこで、本技術は、粒子を捕捉しつつ、捕捉された当該粒子が吸引力によって大きく変形することを防止するための構造を備えた粒子補足用チップを提供することを主目的とする。【０００７】
すなわち、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップを提供する。
前記粒子捕捉用チップは前記第２の凹部に収容された施栓部材を備えていてもよい。
前記施栓部材はビーズであってもよい。
前記施栓部材の表面に被検物質と結合する結合物質が固定化されていてもよい。
前記連結部は弾性部材で形成されていてもよい。
前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の下方に設けられていてもよい。
前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の側方に設けられていてもよい。
前記第１の流路の下面が山部と谷部とを備える波形構造を有し、前記山部の頂部に前記第１の凹部を備えていてもよい。【０００８】
また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップと、送液部と、を備える粒子捕捉用装置を提供する。
前記粒子捕捉用装置は廃液部を備えていてもよい。
前記粒子捕捉用装置は前記第１の凹部を観察する観察部を備えていてもよい。
前記粒子捕捉用装置は前記送液部を制御する送液制御部を備えていてもよい。【０００９】
また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法を提供する。
また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、前記第２の凹部に収容された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法を提供する。
前記粒子捕捉方法は前記送液を逆流させることを含んでもよい。【００１０】
また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法を提供する。
また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、前記第２の凹部に収容され、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法を提供する。
前記被検物質の取得方法において、キャピラリーを用いて、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出してもよい。
前記被検物質の取得方法において、前記吸引と逆方向の液流を発生させて、前記施栓部材を前記第２の凹部から前記第１の流路に流出させ、前記第１の流路から施栓部材含有液を回収し、前記施栓部材含有液から前記施栓部材を取り出してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本技術によれば、粒子を捕捉しつつ、捕捉された当該粒子が吸引力によって大きく変形することを防止するための構造を備えた粒子捕捉用チップを提供することができる。なお、本技術の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】粒子捕捉用チップの横断面図である。
【図２】粒子捕捉用チップの斜視図である。
【図３】粒子捕捉用チップにおける粒子捕捉の一例を示す模式図である。
【図４】第１の流路における粒子捕捉の一例を示す模式図である。
【図５】連結部の一例を示す模式図である。
【図６】粒子捕捉用チップの各部のサイズの一例を示す図である。
【図７】粒子捕捉用チップの一例を示す模式図である。
【図８】粒子捕捉用チップの一部の横断面を示す模式図である。
【図９】連通部の一例を示す模式図である。
【図１０】施栓部材を第２の凹部に収容する手順の一例を示す図である。
【図１１】施栓部材を第２の凹部に収容する手順の一例を示す図である。
【図１２】粒子を捕捉した粒子補足用チップの一部の横断面を示す模式図である。
【図１３】図１２中の一点鎖線Ａで囲まれた部分の拡大図である。
【図１４】細胞由来の被検物質を取得するための従来法を示す模式図である。
【図１５】粒子捕捉用装置の一例を示す模式図である。
【図１６】粒子捕捉方法の一例を示すフローチャートである。
【図１７】被検物質の取得方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。説明は以下の順序で行う。
１．粒子捕捉用チップ
２．粒子捕捉用装置
３．粒子捕捉方法
４．被検物質の取得方法
【００１４】
１．粒子捕捉用チップ
本技術の粒子捕捉用チップが捕捉対象とする粒子の種類は、特に限定されない。例えば、細胞や微生物、リポソーム等の生体関連粒子、ラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子等の合成粒子、あるいは半導体チップ、半導体の接続部の端子としてのマイクロバンプ、及びビーズ型太陽電池等が挙げられる。また、粒子の大きさ、形状等も特に限定されない。
【００１５】
次に、図１及び図２を参照して、本技術の粒子捕捉用チップ１の構造について説明する。図１は粒子捕捉用チップ１の横断面図であり、図２は粒子捕捉用チップ１の斜視図である。粒子捕捉用チップ１は、基板１０に第１の流路１１を備える。第１の流路１１は基板１０の上面側に形成されている。第１の流路１１には試料が通流する。
【００１６】
基板１０の材質は特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリジメチルシロキサン等の樹脂、硝子、金属等が挙げられる。
【００１７】
本技術の粒子捕捉用チップ１は、第１の流路１１側に開口する第１の凹部１３と、第１の凹部１３に並設された第２の凹部１４と、第１の凹部１３と第２の凹部１４とを連結する連結部１５と、を備える。
【００１８】
第１の凹部１３は、第１の流路１１の下面に形成されている。第１の凹部１３には、第１の流路１１を通流する試料に含まれる粒子が捕捉されうる。第２の凹部１４は、第１の凹部１３の下面側に設けられており、連結部１５を介して第１の凹部１３と連結されている。
【００１９】
また、粒子捕捉用チップ１は、第２の流路１２と、第２の凹部１４と第２の流路１２とを連通する連通部１６と、を備える。第２の流路１２は、基板１０の下面側に形成されている。第２の凹部１４には、施栓部材を収容することができる（詳細は後述）。
【００２０】
次に、構成について更に説明する前に、粒子捕捉用チップ１における粒子の流れについて図３を参照して説明する。図３は、粒子捕捉用チップ１における粒子捕捉の一例を示す模式図である。図３に示す例では、第１の流路１１と第２の流路１２とが連結されており、連結部分にバルブ２１が設けられている。粒子３０を含む試料Ｓは液の流れ方向２２に進み、バルブ２１が開放されると更に下流に進む。すると、第１の流路１１側に開口している第１の凹部１３、第１の凹部１３と連結する第２の凹部１４、及び、第２の凹部１４と第２の流路１２とを連通する連通部１６を介して、第１の流路１１から第２の流路１２の方向へ陽圧による吸引力２３が生じる。この吸引力２３により、粒子３０は第１の凹部１３の方へ吸い寄せられて、第１の凹部１３の内部に捕捉される。
【００２１】
なお、バルブの設置はこれに限定されるものではない。例えば、第１の流路１１の上流に試料を流すためのバルブを設置し、第２の流路１２の下流に試料を吸引するためのバルブを設置することもできる。
【００２２】
図１及び図２に戻り、第１の流路１１について更に説明する。粒子捕捉用チップ１は、単一粒子の捕捉を目的とする場合、第１の流路１１の下面に、山部１７と谷部１８を備える波形構造２０を有することが好ましく、山部１７の頂部１９に第１の凹部１３が形成されることが好ましい。波形構造２０を有することで、頂部１９に位置する第１の凹部１３に捕捉された粒子に他の粒子が接着しにくくなり、粒子の堆積を防止することができる。これにより、１つの第１の凹部１３に２個以上の粒子が捕捉される状態を回避することができる。
【００２３】
次に、第１の流路１１における粒子の流れについて図４を参照して説明する。図４は、第１の流路１１における粒子捕捉の一例を示す模式図である。図４に示すように、第１の流路１１内では、試料Ｓの液流が層流となっており、常に第１の流路１１の中央の流速が流路側面付近よりも速いという特性がある。そのため、波形構造２０の頂部１９に第１の凹部１３を設けることで、粒子が第１の凹部１３に２個以上入ろうとするダブレットを防ぐことができる（破線の丸）。つまり、ダブレットになろうとして２個目の粒子が付着しても流速が速いため、中央層流に流されて２個目以降が入りにくくなると考えられる。例えば、液流の全体の流速に比べて、中央層流は約２０％速くなる。
【００２４】
再び図１及び図２に戻り、粒子捕捉用チップ１の構成について更に説明する。
第１の流路１１及び第２の流路１２の幅及び高さは特に限定されず、捕捉対象の粒子の大きさ、形状及び種類、又は流路を流れる試料の量及び粘度等に応じて決定することができる。
【００２５】
第１の凹部１３及び第２の凹部１４の形状は特に限定されず、例えば、円形状、円錐台状、逆円錐台状、楕円柱状、楕円台状、逆楕円錐台状、テーパー状、逆テーパー状、三角形柱以上の多角形柱等が挙げられる。
【００２６】
第１の凹部１３の深さは、捕捉目的の粒子の粒径以下とすることが好ましい。そのような深さであると、第１の凹部１３での粒子のダブレットや、捕捉された粒子に他の粒子が堆積することを防ぐことができる。
【００２７】
ここで、粒子の「粒径」とは、粒子の長軸径と短軸径の平均値をいう。具体的には、微粒子であれば、顕微鏡を用い、画像処理ソフト等により任意の微粒子を相当数（例えば１００個）測定し、個数平均を求めることにより、粒径を算出することができる。
【００２８】
例えば、第１の凹部１３の深さは、捕捉目的の粒子の粒径との比で好ましくは２以下、より好ましくは１以下とすることができる。あるいは、第１の凹部１３の深さは、第１の凹部１３の開口部分における内接円の直径との比で好ましくは２以下、より好ましくは１以下とすることができる。また、第１の流路１１が、山部１７及び谷部１８を備える波形構造２０を有する場合、第１の凹部１３の深さは、谷部１８から山部１７への高さとの比で好ましくは１以下、より好ましくは０．８以下とすることができる。
【００２９】
また、第１の凹部１３の立体的形状が、例えば円柱状や円錐台状、逆円錐台状、テーパー状、逆テーパー状のような、開口部分が円形の場合、第１の凹部１３の直径は、捕捉目的の粒子の粒径の１倍以上２倍未満の大きさであることが好ましい。また、第１の凹部１３の開口部分が三角形以上の多角形の場合、奇数のｎ角形であれば頂角から底辺への垂線、偶数のｎ角形であれば対角線を直径とみなすことができる。直径が１倍未満であると第１の凹部１３に単一の細胞が入りづらくなり、２倍以上であると複数の細胞が入ることがある。
【００３０】
第１の流路１１が、山部１７及び谷部１８を備える波形構造２０を有する場合、谷部１８から山部１７への高さは、捕捉目的の粒子の粒径と同じ又はそれよりも高いことが好ましい。第１の流路１１内での試料の流速は、中央部に近づくほどに早くなる。このため、山部１７と谷部１８の高さが粒子の粒径よりも低い場合、山部１７付近でも粒子が受ける流速は遅くなる。山部１７付近の流速が遅いと、第１の凹部１３に捕捉された粒子に後から流れてきた粒子が接着しやすくなる。流速が遅いことによって後から流れてきた粒子が衝突するエネルギーも少なくなり、捕捉された粒子にどんどん接着していき、粒子が堆積してしまう。
【００３１】
山部１７間のピッチは、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下の長さとすることができる。具体的には、山部１７の頂部１９から、谷部１８を一つはさみ、隣の山部１７の頂部１９までの間の長さが、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下である。２倍未満であると、谷部１８に粒子が入る可能性があり、２０倍を超えると山部１７の高さによっては波形構造２０が平らな構造に近づき、本技術の効果を十分に発揮できないことがある。
【００３２】
なお、山部１７間のピッチは、より好ましくは捕捉目的の粒子の粒径の５倍以上１５倍以下の長さである。この範囲にすることにより、本技術の波形構造２０により奏される効果が向上する。また、後述する本技術の粒子捕捉用装置が、マイクロオーダーの微小粒子を単一に捕捉するためのものである場合、微細な波形構造や第１の凹部を基板上に形成しなければならず、その際の製造のしやすさも鑑み、上記範囲にすることができる。
【００３３】
なお、山部１７の左右のピッチは、同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００３４】
また、第１の流路１１は、下面と上面を平行にした上で下面に波形構造２０を形成すると、第１の流路１１の路幅は相対的に山部１７で小さく、谷部１８で大きくすることができる。このような路幅にすることによって、液流の中央層流が速いために、頂部１９で滞っている粒子を流すことができる。
【００３５】
連結部１５は、第１の凹部１３に捕捉された粒子が第２の凹部１４に流出することを防ぐため、幅が第１の凹部１３及び第２の凹部１４よりも狭く形成されることが好ましい。図１及び図２に示す連結部１５は上下方向に所定の長さを有しているが、連結部１５の形状はこれに限定されない。図５は、連結部１５の一例を示す模式図である。図５に示すように、連結部１５は長さを有しない括れ状であってもよい。
【００３６】
次に、図６を参照して、各部のサイズの一例について説明する。図６は、粒子捕捉用チップ１の各部のサイズの一例を示す図である。ここでの粒子捕捉用チップ１は、直径１０μｍの大きさの粒子を捕捉することを想定している。図６において、山部１７の幅は７０μｍ、山部１７の高さは１５μｍ、頂部１９の幅は２０μｍである。また、第１の凹部１３の開口部分の直径は１５μｍ、第１の凹部１３の深さは１０μｍ、連結部１５の幅は１０μｍ、第２の凹部１４の幅は１８μｍ、第２の凹部１４の高さは１４μｍ、連通部１６の長さは１８μｍ、連通部１６の幅は３μｍである。
【００３７】
次に、図７を参照して、本技術の粒子捕捉用チップ１の一例を説明する。図７は、粒子捕捉用チップ１の一例を示す模式図である。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を材料とし、原盤となる型に入れてＰＤＭＳ樹脂を成形し、上述した流路、凹部及び連通部などを備える基板１０を作製した。作製した基板１０をＯ２：１０ｃｃ、１００Ｗ、３０ｓｅｃでダイレクトプラズマ（ＤＰ）アッシングして表面を親水化させた後に、大気中でカバーガラスと貼り合わせて、粒子捕捉用チップ１を製造した。
【００３８】
図７に示す粒子捕捉用チップ１において、基板１０の中央部に第１の流路１１及び第２の流路１２が形成されている。第１の流路１１と第２の流路１２との間には、第１の凹部、連結部、第２の凹部、連通部が形成されている（図示せず）。基板１０の左上に位置するポート２４は第１の流路１１と繋がっており、このポート２４に粒子含有試料を導入する。基板１０の右側にはバイパス２５が設けられており、バイパス２５は第１の流路１１と第２の流路１２とを連絡している。バイパス２５にはバルブ２１が設けられている。基板１０の左下に位置するポート２６は、第１の流路１１及び第２の流路１２を通過した試料が流入する部分である。
【００３９】
左上のポート２４から導入された粒子含有試料は、第１の流路１１における粒子含有試料を導入する力、下流側に流れる力、バイパス２５に設けられたバルブ２１の開閉により試料が流れる力、及び左下のポート２６から試料を吸引する力等のいずれか、又はこれらの組み合わせにより、第１の流路１１及び第２の流路１２の内部を通流することができる。
【００４０】
次に、図８を参照して、本技術の粒子捕捉用チップ１について更に説明する。図８は、粒子捕捉用チップ１の一部の横断面を示す模式図である。粒子捕捉用チップ１は、図８に示すように、第２の凹部１４に収容された施栓部材２を備えることが好ましい。
【００４１】
上述の図３に示したように粒子を含む試料を通流させると、図８に示す連通部１６において下矢印方向の吸引力が発生するが、施栓部材２によって吸引圧力を緩和することができるため、第１の凹部１１に掛かる吸引力が減衰される。
【００４２】
上記特許文献１に記載の技術のように、細胞が入るウエルにスリットが設けられた構造の場合、スリットを介した吸引力によって細胞が大きく変形し、これにより細胞が多大なストレスを受けたり細胞がスリット内に引き込まれたりして、ウエル内で細胞を適切に維持することが困難な場合があった。吸引力を弱めれば細胞の変形を防止することは可能であるが、細胞がウエルの配置された壁面まで到達しなかったり、壁面まで到達してもウエル内部にまで細胞を吸引できない場合があった。本発明者は、吸引力を機械的に又は手動で微調整することを検討したが、チューニングが困難であり、また、チューニングする際に発生する吸引圧の変動によって捕捉した粒子がスリット内に引き込まれてしまう場合があった。
【００４３】
本発明者は、吸引力に着目して鋭意検討を重ねた結果、第１の凹部１１と連通部１６との間に第２の凹部１２を設けて、第２の凹部の内部に施栓部材２を配置することにより、第１の凹部１１の内部における急激な吸引力増加を抑制できることを見出した。これにより、第１の凹部１１に捕捉された粒子に過大な吸引圧が掛かることを防止して、粒子が大きく変形することを防止することができる。また、施栓部材２は、捕捉された粒子が第１の凹部１１よりも下に流れ出さないようにブロックする役割を果たすため、捕捉された粒子を第１の凹部１１に留めておくことができる。
【００４４】
つまり、施栓部材を収容可能な第２の凹部を備える本技術の粒子捕捉用チップは、捕捉された粒子の変形及び流出を防止することが可能な構造を備えている。
【００４５】
また、細胞の解析においては、余計なストレスを与えずに細胞を回収することが望まれる場合があるところ、本技術の粒子捕捉用チップは細胞に掛かる吸引力を減衰させて細胞に与えるストレスを軽減させることが可能であることから、細胞の捕捉に好適である。
【００４６】
第１の凹部１３に捕捉された粒子が、連結部１５を通過して第２の凹部１４へと流出することを防止するため、施栓部材２は、第２の凹部１４の内部において連結部１５を覆う大きさであることが好ましい。また、連通部１６において発生する吸引力をより効果的に緩和するため、施栓部材２は、第２の凹部１４の内部において連通部１６を覆う大きさであることが好ましい。
【００４７】
第１の凹部１３及び第２の凹部１４に対して効率的に吸引力を発生させる観点から、図８に示す例では、第２の凹部１４と連通部１６との接合部１６１は、第２の凹部１４の下方に設けられている。しかしながら、接合部１６１の位置はこれに限定されない。
【００４８】
例えば、第２の凹部１４と連通部１６との接合部１６１を第２の凹部１４の側方に設けてもよい。図９は、連通部１６の一例を示す模式図である。図９に示す例では、１つの第２の凹部１４に対して連通部１６が２つ設けられ、第２の凹部１４と連通部１６，１６との接合部１６１，１６１は、それぞれ、第２の凹部１４の異なる側方に設けられている。連通部１６，１６のそれぞれにおいて、図９中の矢印で示す方向に吸引力が発生しうる。第２の凹部１４の両側方に接合部１６１，１６１を設けることにより、吸引力によって施栓部材２が片側の連通部１６の方へ吸い寄せられて片側の接合部１６１を閉塞したとしても、反対側の接合部１６１は開放された状態を維持しうる。これにより、過度な吸引力低下を防止することができる。
【００４９】
また、図８と図９に示した構成を組み合わせて、第２の凹部１４の下面及び側面の両方に接合部１６１を設けてもよい。
【００５０】
次に、図１０を参照して、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する方法の一例を説明する。図１０は、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する手順の一例を示す図である。図１０Ａは、例えば図３に示したように第１の流路１１に施栓部材２を含む試料を送液して、第１の凹部１３に施栓部材２を捕捉した状態を示している。吸引力は、図中の下矢印方向に発生している。次に、吸引圧を高くして、施栓部材２を第２の凹部１４側へ吸引する。図１０Ｂは、施栓部材２が高い吸引圧によって変形して、第１の凹部１３から連結部１５を経由して第２の凹部１４へ移動する様子を示している。図１０Ｃは、吸引力によって施栓部材２が第２の凹部１４へ移動した後の様子を示している。このような手順により、施栓部材２を第２の凹部１４に収容することが可能である。
【００５１】
次に、図１１を参照して、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する方法の別の一例を説明する。図１１は、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する手順の一例を示す図である。図１１Ａは、第２の流路１２に施栓部材２を含む試料を送液し、上矢印方向に発生させた吸引力を介して、連通部１６内に施栓部材２を引き込む様子を示している。このように、図１１Ａでは、図１０と逆方向の吸引力を発生させている。次に、吸引圧を高くして、連通部１６に捕捉した施栓部材２を第２の凹部１４側へ吸引する。図１１Ｂは、施栓部材２が高い吸引圧によって変形して、連通部１６から第２の凹部１４へ移動する様子を示している。図１１Ｃは、吸引力によって施栓部材２が第２の凹部１４へ移動した後の様子を示している。このような手順により、施栓部材２を第２の凹部１４へ収容することができる。
【００５２】
施栓部材を第２の凹部に収容する別の方法としては、例えば、粒子捕捉用チップの製造過程において施栓部材を配置することが挙げられる。具体的には、基板に第２の凹部を形成した後に、当該第２の凹部の内部に施栓部材を配置して、その後、基板の上にカバーガラスを貼り付けることで、第２の凹部に施栓部材を収容することができる。
【００５３】
施栓部材は、入手容易性の観点から、微小粒子の分取や解析において一般に用いられているビーズ（マイクロビーズ）を用いることが好ましい。
【００５４】
施栓部材の材料は特に限定されないが、例えば図１０及び図１１に示したように連通部を介した吸引力によって施栓部材を第２の凹部へ収容する場合、吸引力によって変形し得る弾性を有する材料であることが好ましい。
【００５５】
また、図１０の場合、施栓部材が連結部を通過する際に発生する負荷を軽減するため、連結部が弾性部材で形成されていることが好ましい。図１１の場合、施栓部材が連通部を通過する際に発生する負荷を軽減するため、連通部が弾性部材で形成されていることが好ましい。連結部のみや連通部のみを弾性部材で形成してもよいが、製造上の手間及びコストの観点からは基板自体を弾性を有する材料で形成することが好ましい。
【００５６】
施栓部材の形状は特に限定されないが、吸引力によって施栓部材を第２の凹部へ収容する場合に施栓部材に掛かる吸引圧に偏りが生じないよう、球形であることが好ましい。
【００５７】
施栓部材の数は特に限定されないが、１つの第２の凹部に１個の施栓部材を収容することが好ましい。１つの第２の凹部に２個以上の施栓部材を収容すると、１個の施栓部材を収容した場合よりも、第１の凹部に捕捉対象粒子を引き込むための吸引圧を高める必要がある。つまり、第２の凹部に収容する施栓部材の数を１個にした方が、吸引圧を抑えることができるため、粒子捕捉用チップに掛かる負荷を軽減することが可能である。
【００５８】
また、本技術の粒子捕捉用チップは、分泌物や内容物等の粒子に由来する物質を取得するために用いることも可能である。一例として、捕捉対象の粒子を細胞とし、当該細胞由来の被検物質と結合する結合物質が固定化されている施栓部材を用いて被検物質を取得するための構成について説明する。
【００５９】
図１２は、粒子を捕捉した粒子補足用チップの一部の横断面を示す模式図である。図１２に示すように、第１の凹部１３には細胞４０が捕捉されている。また、図１２に示す施栓部材２の表面には、被検物質と結合する結合物質が固定化されている（図示せず）。
【００６０】
被検物質は、例えば、核酸、タンパク質、ペプチド、糖鎖等の細胞由来の物質とすることができる。被検物質が核酸である場合、結合物質として、核酸に対する抗体、核酸にハイブリダイズする核酸プローブ、核酸と結合するタンパク質等を用いることができる。被検物質がタンパク質又はペプチドである場合、結合物質として、タンパク質に対する抗体、ペプチドに対する抗体などを用いることができる。被検物質が糖鎖である場合、結合物質として、糖鎖に対する抗体、糖鎖に対するレクチン等を用いることができる。結合物質を施栓部材に固定化する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
【００６１】
次に、図１３を参照して、施栓部材２の表面に結合物質が固定化されている場合の一例について更に説明する。図１３は、図１２中の一点鎖線Ａで囲まれた部分の拡大図である。第２の凹部１４の内部では、図中矢印方向の吸引力が発生しており、第１の凹部１３に捕捉された細胞（図示せず）から分泌された分泌物４１が、第１の凹部１３から第２の凹部１４に流入して、第２の凹部１４の内部を矢印方向に向かって移動している。施栓物質２の表面には、分泌物４１と結合する結合物質５０が固定化されており、第２の凹部１４の内部を流れる分泌物４１が結合物質５０に結合する。その後、施栓物質２を回収することにより、結合物質５０に結合した分泌物４１を取得することができる。
【００６２】
また、例えば、捕捉された細胞を第１の凹部内で破砕して核酸等の被検物質を溶出させ、当該被検物質と施栓部材上の結合物質とを結合させることも可能である。施栓部材を回収することにより、施栓部材上の結合物質に結合した被検物質を取得することができる。
【００６３】
図１４は、細胞由来の被検物質を取得するための従来法を示す模式図である。図１４に示すように、従来は、ウエル６０の底面に結合物質６１を固定化して、ウエル６０内に浮遊する被検物質６２を上記結合物質６１に結合させる方法が一般的であった。一方、本技術の粒子捕捉用チップは、上記図１３に示したように、施栓部材２と第２の凹部１４との間にある狭いエリアを被検物質が通流していくため、被検物質と結合物質との結合効率が従来法よりも高くなる。これにより、従来法よりも効率的に被検物質を取得することが可能である。
【００６４】
また、本技術の粒子捕捉用チップは、第１の凹部と第２の凹部とを備えることにより、単一の粒子を上下に積層する技術として応用可能である。例えば、第１の凹部及び第２の凹部を多数設けておき、第１の凹部にＩＣチップを収容し、第２の凹部にＬＥＤを収容することで、上下に整列したＩＣチップ及びＬＥＤを一時に多数取得することが可能である。
【００６５】
２．粒子捕捉用装置
図１５を参照して、本技術に係る他の実施形態である粒子捕捉用装置について説明する。図１５は、粒子捕捉用装置１００の一例を示す模式図である。粒子捕捉用装置１００は、上述した本技術の粒子捕捉用チップ１０１を備える。粒子捕捉用チップ１０１は、バルブ２１を介して送液部１０２と連結している。送液部１０２は、粒子含有試料を粒子捕捉用チップ１０１に供給する。試料の流れは、バルブ２１を開閉することにより制御できる。この制御は、送液制御部１０５で行うことができる。送液の制御により、試料を流す・止めるだけでなく、逆流や、一定間隔で流れを変化させる脈動流を生じさせることもできる。
【００６６】
また、粒子補足用装置１００は、観察部１０４を備えていてもよい。観察部１０４は特に限定されないが、粒子が流れて捕捉される様子を顕微鏡等で拡大して肉眼で観察してもよいし、画像処理装置等で肉眼によらず処理できるようにしてもよい。ここでの観察結果を送液制御部１０５にフィードバックして、試料の流れを更に制御することができる。
【００６７】
更に、粒子捕捉用装置１００は、下流側に廃液部１０３を備えていてもよく、粒子含有量が減少した試料を廃液として回収することができる。廃液部１０３の上流側又は下流側に更にバルブやポンプを備え、粒子捕捉用チップ１０１上の流路に吸引力を作用させてもよい。
【００６８】
３．粒子捕捉方法
図１６を参照して、本技術に係る他の実施形態である粒子捕捉方法について説明する。図１６は、本技術の粒子捕捉方法の一例を示すフローチャートである。図１６に示す粒子捕捉方法では、第２の凹部に施栓部材を備えない粒子捕捉用チップ用いる。
【００６９】
まず、施栓部材を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ１１）、施栓部材を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ１２）。次に、連通部を介した吸引力により施栓部材を第２の凹部に移動させる（ステップＳ１３）。その後、捕捉対象の粒子を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ１４）、粒子を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ１５）。
【００７０】
第２の凹部に施栓部材を備える粒子捕捉用チップを用いて粒子を捕捉する場合は、図１６に示したステップＳ１４及びＳ１５を行えばよい。
【００７１】
本技術の粒子捕捉方法においては、送液を逆流させることもできる。順流と逆流を繰り返し生じさせることにより、第１の流路の下面に堆積した粒子を分散させることができるため、より多くの粒子を捕捉することが可能である。
【００７２】
４．被検物質の取得方法
図１７を参照して、本技術の他の実施形態である被検物質の取得方法について説明する。図１７は、本技術に係る被検物質の取得方法の一例を示すフローチャートである。図１７に示す被検物質の取得方法では、第２の凹部に施栓部材を備えない粒子捕捉用チップを用いる。
【００７３】
まず、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ２１）、施栓部材を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ２２）。次に、連通部を介した吸引力により施栓部材を第２の凹部に移動させる（ステップＳ２３）。その後、捕捉対象の粒子を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ２４）、粒子を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ２５）。捕捉した粒子に由来する被検物質と、施栓部材の表面に固定された結合物質と、を反応させる（ステップＳ２６）。第２の凹部から施栓部材を取り出すことにより、施栓部材の結合物質に結合した被検物質を取得する（ステップＳ２７）。
【００７４】
第２の凹部に施栓部材を備える粒子捕捉用チップを用いて被検物質を取得する場合は、図１７に示したステップＳ２４〜Ｓ２７を行えばよい。
【００７５】
本技術に係る被検物質の取得方法において、第２の凹部から施栓部材を取り出す方法は特に限定されない。例えば、キャピラリーを用いて施栓部材を取り出してもよい。また、連通部を介した吸引の方向と逆方向の液流を発生させて、当該液流の圧力で施栓部材を第２の凹部から第１の流路に流出させ、その後、第１の流路から施栓部材含有液を回収して、当該施栓部材含有液から施栓部材を取り出してもよい。
【００７６】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
〔１〕第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップ。
〔２〕前記第２の凹部に収容された施栓部材を備える、〔１〕に記載の粒子捕捉用チップ。
〔３〕前記施栓部材がビーズである、〔２〕に記載の粒子捕捉用チップ。
〔４〕前記施栓部材の表面に被検物質と結合する結合物質が固定化されている、〔２〕又は〔３〕に記載の粒子捕捉用チップ。
〔５〕前記連結部が弾性部材で形成されている、〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔６〕前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の下方に設けられている、〔１〕から〔５〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔７〕前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の側方に設けられている、〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔８〕前記第１の流路の下面が山部と谷部とを備える波形構造を有し、前記山部の頂部に前記第１の凹部を備える〔１〕から〔７〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔９〕第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップと、
送液部と、を備える粒子捕捉用装置。
〔１０〕廃液部を備える、〔９〕に記載の粒子捕捉用装置。
〔１１〕前記第１の凹部を観察する観察部を備える、〔９〕又は〔１０〕に記載の粒子捕捉用装置。
〔１２〕前記送液部を制御する送液制御部を備える、〔９〕から〔１１〕のいずれかに記載の粒子捕捉用装置。
〔１３〕第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
〔１４〕前記送液を逆流させることを含む、〔１３〕に記載の粒子捕捉方法。
〔１５〕第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
前記第２の凹部に収容された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
〔１６〕前記送液を逆流させることを含む、〔１５〕に記載の粒子捕捉方法。
〔１７〕第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
〔１８〕キャピラリーを用いて、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す、〔１７〕に記載の被検物質の取得方法。
〔１９〕前記吸引と逆方向の液流を発生させて、前記施栓部材を前記第２の凹部から前記第１の流路に流出させ、前記第１の流路から施栓部材含有液を回収し、前記施栓部材含有液から前記施栓部材を取り出す、〔１７〕に記載の被検物質の取得方法。
〔２０〕第１の流路と、
第２の流路と、
前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
前記第２の凹部に収容され、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
【符号の説明】
【００７７】
１，１０１  粒子捕捉用チップ
１０  基板
１１  第１の流路
１２  第２の流路
１３  第１の凹部
１４  第２の凹部
１５  連結部
１６  連通部
１７  山部
１８  谷部
１９  頂部
２０  波形構造
２１  バルブ
２２  流れ方向
２３  吸引力
２４，２６  ポート
２５  バイパス
３０  粒子
４０  細胞
４１  分泌物
５０  結合物質
１００  粒子捕捉用装置
１０２  送液部
１０３  廃液部
１０４  観察部
１０５  送液制御部
１６１  接合部
【図１】
2018154886.tif 000003
【図２】
2018154886.tif 000004
【図３】
2018154886.tif 000005
【図４】
2018154886.tif 000006
【図５】
2018154886.tif 000007
【図６】
2018154886.tif 000008
【図７】
2018154886.tif 000009
【図８】
2018154886.tif 000010
【図９】
2018154886.tif 000011
【図１０】
2018154886.tif 000012
【図１１】
2018154886.tif 000013
【図１２】
2018154886.tif 000014
【図１３】
2018154886.tif 000015
【図１４】
2018154886.tif 000016
【図１５】
2018154886.tif 000017
【図１６】
2018154886.tif 000018
【図１７】
2018154886.tif 000019
【国際調査報告】
2018154886.tif 000020
2018154886.tif 000021
2018154886.tif 000022
2018154886.tif 000023